Radiosignaler fra rummet – kan vi finde intelligent liv i universet?

Et sted i Mælkevejen kredser måske en planet om en fjern stjerne.

Måske findes der liv på den. Og måske har dette liv udviklet teknologi.

Hvis det er tilfældet, er et af de mest fascinerende spørgsmål, vi kan stille: Ville vi kunne opdage dem?

En af mulighederne er radio. Radiobølger kan bevæge sig gennem det interstellare rum med lysets hastighed, og med enorme antenner og ekstremt følsomme modtagere kan astronomer registrere radiosignaler fra meget fjerne objekter.

Men universet er allerede fuldt af naturlige radiosignaler. Udfordringen er derfor ikke blot at finde et signal fra rummet. Udfordringen er at finde et signal, der måske afslører teknologi.

Kort fortalt SETI – Search for Extraterrestrial Intelligence – leder efter tegn på teknologisk aktivitet uden for Jorden. Radiosignaler er en af de mest interessante muligheder, fordi de kan bevæge sig over enorme afstande gennem rummet.

Universet er fuldt af radiobølger

Solen udsender radiostråling. Det gør andre stjerner også, og galakser, supernovarester, pulsarer og områder omkring sorte huller kan være kraftige naturlige radiokilder.

Radioastronomi handler om at registrere denne elektromagnetiske stråling og bruge den til at lære noget om universet.

Et radioteleskop er derfor på mange måder en gigantisk og ekstremt følsom radiomodtager.

Samme fysik – helt anden skala Et radioteleskop og en almindelig kommunikationsradio arbejder begge med elektromagnetiske bølger. Forskellen ligger blandt andet i antennerne, frekvenserne, signalstyrken, modtagernes følsomhed og den signalbehandling, der anvendes.

Hvorfor er radioteleskoper så store?

Radiosignaler fra astronomiske objekter kan være ekstremt svage, når de når Jorden. Jo større effektivt antenneareal et radioteleskop har, desto mere af den indkommende radioenergi kan det opsamle.

Derfor er nogle radioteleskoper enorme parabolantenner. Andre observatorier består af mange mindre antenner, hvis signaler kombineres elektronisk ved hjælp af interferometri.

Store parabolantenner har samtidig kraftig retningsvirkning. Når astronomerne retter et radioteleskop mod en bestemt stjerne, kan de derfor undersøge radiospektret fra netop denne retning.

Antenneforstærkning virker begge veje En retningsbestemt antenne kan koncentrere den udsendte energi i en bestemt retning, men den kan også være særligt følsom over for signaler, der kommer fra denne retning. Det samme princip kender vi fra jordbaseret radiokommunikation.

SETI leder efter teknologi – ikke nødvendigvis liv

Astrobiologer kan lede efter kemiske tegn på biologiske processer på andre planeter. Sådanne tegn kaldes ofte biosignaturer.

SETI kan derimod lede efter teknosignaturer – observerbare fænomener, som kunne skyldes teknologi.

Et kunstigt radiosignal er et klassisk eksempel.

Biosignatur eller teknosignatur? En biosignatur kan være et tegn på liv. En teknosignatur kan være et tegn på teknologi. Finder vi en overbevisende teknosignatur, kan den derfor pege mod noget langt mere avanceret end simpelt biologisk liv.

SETI lytter ikke efter rumvæsener, der taler

Populærkulturen forestiller sig ofte et radioteleskop, hvor en forsker pludselig hører en stemme fra en fjern planet.

Sådan foregår radio-SETI ikke.

Det første spørgsmål er langt mere grundlæggende: Har et observeret signal egenskaber, der kunne tyde på, at det er frembragt af teknologi?

Man behøver altså ikke kunne afkode en besked. Selve signalets struktur kan være interessant.

Et smalt radiosignal kan vække interesse

Et af de klassiske mål for radio-SETI er meget smalbåndede signaler.

Mange naturlige radiofænomener spreder deres energi over et større frekvensområde. En kunstig sender kan derimod koncentrere energi omkring en meget præcis frekvens.

Et ekstremt smalbåndet signal kan derfor være interessant – men det er ikke i sig selv bevis på udenjordisk teknologi.

Et signal i støjen Forestil dig et radiospektrum fyldt med naturlig støj. Midt i støjen optræder pludselig en meget smal og tydelig linje på én frekvens. Det er den slags signal, der kan få forskerne til at kigge nærmere.

Jorden er allerede fuld af kunstige signaler

Satellitter, radar, mobilkommunikation, navigation og utallige andre systemer udsender radiosignaler.

Et radioteleskop kan derfor registrere et signal, der ser kunstigt ud, netop fordi det er kunstigt – men kommer fra vores egen teknologi.

Denne radioforurening kaldes ofte RFI – Radio Frequency Interference.

“Kunstigt signal” betyder ikke “rumvæsener” Langt de fleste kunstige radiosignaler, som et teleskop registrerer, stammer fra Jorden eller menneskeskabte satellitter. Kendte lokale forklaringer skal derfor udelukkes meget grundigt.

Man kan pege teleskopet væk

En af kontrollerne er enkel: Hvis et signal ser ud til at komme fra en bestemt stjerne, kan teleskopet rettes væk fra stjernen.

Forsvinder signalet? Og kommer det tilbage, når teleskopet igen peger mod stjernen?

Hvis signalet modtages uanset teleskopets retning, er der god grund til at mistænke en lokal interferenskilde.

Doppler-effekten kan afsløre bevægelse

Hvis en sender bevæger sig i forhold til modtageren, ændres den observerede frekvens. Det kaldes Doppler-effekten.

Vi kender princippet fra en ambulances sirene, der ændrer tonehøjde, når ambulancen passerer. Det samme grundprincip gælder elektromagnetiske bølger.

Hvis et radiosignal kommer fra en planet, der roterer og kredser omkring en stjerne, samtidig med at Jorden selv bevæger sig, kan signalets observerede frekvens langsomt flytte sig.

En skrå linje kan være interessant Når radiosignaler vises i et waterfall-diagram med frekvens og tid, kan et signal med Doppler-drift fremstå som en skrå linje. SETI-software kan automatisk søge efter sådanne signaler.

Computere leder i enorme datamængder

Et moderne radioteleskop kan observere store frekvensområder med meget høj opløsning og dermed producere enorme datamængder.

Computersystemer analyserer derfor radiospektret og leder blandt andet efter smalbåndede signaler, karakteristisk frekvensdrift, pulser og andre mønstre, der skiller sig ud fra baggrundsstøjen.

Moderne signalbehandling kan samtidig hjælpe med at sortere menneskeskabt interferens fra interessante kandidater.

Wow!-signalet

Den 15. august 1977 registrerede Big Ear-radioteleskopet ved Ohio State University et usædvanligt stærkt og smalbåndet radiosignal.

Da astronomen Jerry Ehman senere gennemgik computerudskriften, satte han en ring omkring tegnsekvensen, der repræsenterede signalets styrke, og skrev:

Wow!

Navnet blev hængende, og Wow!-signalet blev et af de mest berømte signaler i SETI's historie.

6EQUJ5 Den berømte tegnsekvens på udskriften var ikke en besked fra rummet. Tegnene repræsenterede signalets målte intensitet over en række tidsintervaller. Det var signalets egenskaber – ikke et skjult budskab i bogstaverne – der gjorde observationen interessant.

Hvorfor blev Wow!-signalet ikke et bevis?

Det afgørende problem var gentagelsen.

Hvis et teleskop registrerer noget ekstraordinært, skal forskerne forsøge at genfinde signalet – helst også med andre observatorier.

Wow!-signalet blev ikke efterfølgende bekræftet gennem en tilsvarende observation. Derfor kan det ikke bruges som dokumentation for en udenjordisk civilisation.

Et signal er ikke en opdagelse Selv et meget usædvanligt signal skal kontrolleres, genobserveres og uafhængigt bekræftes. Et signal, der kun registreres én gang, kan være fascinerende, men er ikke tilstrækkeligt til at konkludere, at man har fundet udenjordisk teknologi.

Da astronomerne fandt “Little Green Men”

Ti år før Wow!-signalet opdagede astronomerne en anden type ekstremt regelmæssigt radiosignal.

I 1967 opdagede Jocelyn Bell Burnell under sit arbejde ved University of Cambridge radiosignaler, der gentog sig med bemærkelsesværdig præcision.

Regelmæssigheden var så usædvanlig, at forskerne spøgefuldt brugte betegnelsen LGM – Little Green Men, mens de undersøgte kilden.

Forklaringen viste sig ikke at være en civilisation.

Det var en pulsar.

Hvad er en pulsar?

En pulsar er en hurtigt roterende neutronstjerne med et kraftigt magnetfelt.

Den kan udsende elektromagnetisk stråling i stråler, der fejer gennem rummet, mens stjernen roterer. Hvis en af strålerne passerer Jorden ved hver rotation, registrerer vi regelmæssige pulser – lidt som lyset fra et fyrtårn.

Naturen kan være overraskende præcis Opdagelsen af pulsarer er en vigtig påmindelse om, at et signal kan se næsten kunstigt regelmæssigt ud og stadig have en naturlig forklaring. Det ukendte skal undersøges – ikke straks fortolkes som teknologi.

Hvor hurtigt bevæger et radiosignal sig?

Radiobølger bevæger sig i vakuum med lysets hastighed – cirka 300.000 kilometer i sekundet.

Det lyder hurtigt, men på astronomiske afstande er selv lysets hastighed langsom.

Solen ligger cirka otte lysminutter fra Jorden. Den nærmeste stjerne efter Solen, Proxima Centauri, ligger omkring 4,24 lysår væk.

Et radiosignal til Proxima Centauri ville derfor bruge omkring 4,24 år. Hvis nogen svarede med det samme, ville der gå omkring 8½ år fra vores transmission, til svaret nåede tilbage.

Vores egne radiosignaler forlader Jorden

Siden radioens begyndelse har menneskeheden udsendt elektromagnetiske signaler. Radio, TV, radar og kommunikationssystemer har sendt energi ud i omgivelserne, og en del fortsætter ud i rummet.

Men her opstår en almindelig misforståelse.

At et radiosignal fysisk bevæger sig gennem rummet betyder ikke, at det fortsat kan modtages og afkodes på enhver afstand.

Når energien spredes over et stadig større område, bliver signalet svagere.

Signalet stopper ikke – men det bliver svært at opdage At gamle jordiske radiosignaler er nået mange lysår ud betyder ikke, at en civilisation på denne afstand uden videre kan se vores gamle TV-udsendelser. Signalerne kan være så svage, at de drukner i støjen.

Afstanden er brutal mod radiosignalet

For en idealiseret sender, der udsender lige meget i alle retninger, falder effekttætheden med kvadratet på afstanden.

Fordobles afstanden, bliver effekttætheden en fjerdedel. Bliver afstanden ti gange større, bliver den en hundrededel.

På afstande målt i lysår bliver det derfor en enorm teknisk udfordring at opdage almindelige utilsigtede radioudsendelser.

En kraftigt retningsbestemt sender ændrer situationen, fordi mere af energien kan koncentreres i en bestemt retning.

Hvis man virkelig ville kalde på naboerne En civilisation, der bevidst ønskede at gøre sig synlig for en bestemt stjerne, kunne i princippet koncentrere et kraftigt og let genkendeligt radiosignal i netop denne retning. Det ville være lettere at opdage end almindelig radiolækage fra planetens daglige kommunikation.

Hvis de findes – kan de høre os?

Det afhænger blandt andet af deres antenner, modtagere, observationsfrekvenser og signalbehandling.

Det samme gælder naturligvis den anden vej.

Vi kan kun opdage en civilisation, hvis den skaber en teknosignatur, som vores instrumenter er følsomme overfor, og hvis vi observerer det rigtige sted på det rigtige tidspunkt.

Fravær af signal er ikke bevis på fravær af liv Hvis vi ikke finder et radiosignal fra en planet, betyder det ikke, at planeten er ubeboet. En civilisation kan være radiostille, anvende teknologi vi ikke søger efter eller ganske enkelt være for langt væk til, at vi kan registrere dens signaler.

Signal og støj

En radiomodtager modtager aldrig kun det ønskede signal. Der findes også støj fra blandt andet elektronikken, Jordens omgivelser, Solen og andre naturlige radiokilder.

Det interessante signal skal kunne skelnes fra denne baggrund.

Forholdet mellem signal og støj kaldes S/N – signal-to-noise ratio og er et grundbegreb både i en kommunikationsradio og i et radioteleskop.

Ved at observere længere og kombinere data kan meget svage, stabile signaler i nogle tilfælde træde tydeligere frem. Derfor er både følsomme modtagere og avanceret signalbehandling afgørende i SETI.

Et interessant signal skal findes igen

Hvis et SETI-projekt finder en lovende kandidat, begynder det virkelige arbejde.

Kan signalet skyldes kendt interferens? Følger det teleskopets retning? Kan det genfindes? Kan et andet observatorium registrere det?

Jo mere ekstraordinær fortolkningen er, desto vigtigere bliver uafhængig bekræftelse.

BLC1 – et moderne eksempel

I observationer rettet mod Proxima Centauri fandt Breakthrough Listen et interessant smalbåndet signal, der fik navnet BLC1 – Breakthrough Listen Candidate 1.

Signalet var interessant nok til en omfattende analyse, men undersøgelserne pegede til sidst på, at det bedst kunne forklares som interferens fra menneskelig teknologi.

Et falsk signal kan stadig være værdifuldt Kandidater som BLC1 hjælper forskerne med at afprøve deres metoder og blive bedre til at skelne interessante observationer fra menneskeskabt radiointerferens.

Har vi fundet et bekræftet signal?

Nej.

Der har været interessante kandidater gennem SETI's historie, men ingen er blevet bekræftet som et radiosignal fra udenjordisk teknologi.

Det betyder ikke, at søgningen har været forgæves. Hver observation undersøger kun en lille del af et enormt område af stjerner, frekvenser, tidspunkter og mulige signaltyper.

Vi ved nu, at planeter er almindelige

Da de første moderne SETI-eksperimenter blev udført, vidste astronomerne ikke, om planetsystemer som vores eget var almindelige.

I dag kender vi tusindvis af exoplaneter omkring andre stjerner.

Det har ændret perspektivet. Astronomerne kan nu udvælge konkrete planetsystemer og undersøge dem for tegn på forhold, der kunne være interessante i jagten på liv eller teknologi.

Men en planet er ikke det samme som liv. Liv er ikke det samme som intelligens. Og intelligent liv er ikke nødvendigvis det samme som en teknologisk civilisation, der udsender radiosignaler, vi kan registrere.

Drake-ligningen

I 1961 formulerede astronomen Frank Drake en ligning, der blev berømt i diskussionen om intelligent liv i Mælkevejen.

Drake-ligningen kombinerer faktorer som dannelsen af stjerner og planeter, udviklingen af liv og intelligens samt hvor længe en kommunikerende civilisation eksisterer.

Flere af værdierne er stadig meget usikre, så ligningen giver ikke et sikkert antal civilisationer.

Dens styrke er snarere, at den opdeler spørgsmålet “Er vi alene?” i mindre spørgsmål, som kan diskuteres og i nogle tilfælde undersøges videnskabeligt.

Fermi-paradokset – hvor er alle?

Mælkevejen er milliarder af år gammel og indeholder enorme mængder stjerner.

Hvis teknologiske civilisationer er almindelige, og nogle af dem eksisterer meget længe, kunne man forestille sig, at deres spor burde være tydelige.

Men vi har endnu ingen bekræftet observation af en udenjordisk civilisation.

Denne tilsyneladende modsætning forbindes ofte med fysikeren Enrico Fermi og kaldes Fermi-paradokset.

“Hvor er alle?” Fermi-paradokset er ikke et bevis på, at vi er alene. Det stiller spørgsmålet om, hvorfor vi endnu ikke ser tydelige tegn på andre teknologiske civilisationer, hvis de faktisk er almindelige.

Måske lytter vi efter det forkerte

Radio er en teknologi, menneskeheden kun har anvendt i relativt kort tid.

En civilisation, der er tusinder eller millioner af år ældre end vores, kunne anvende teknologier, vi ikke har forestillet os.

Selv inden for radio kan vores antagelser være for snævre. Derfor undersøger moderne SETI forskellige signaltyper, og søgningen efter teknosignaturer omfatter også andre muligheder end radio.

Radioen forbinder to verdener

Det fascinerende ved radio-SETI er, at den grundlæggende fysik ikke er eksotisk.

En radiobølge fra en fjern planet er ikke en særlig “rumradiobølge”. Det er elektromagnetisk stråling, der følger de samme fysiske love som signalet fra en kommunikationsradio her på Jorden.

Vi arbejder stadig med frekvens, båndbredde, antenner, forstærkning, Doppler-effekt og signal/støj-forhold.

Skalaen er bare næsten ufattelig.

Fra håndradio til interstellar radio På Jorden kan spørgsmålet være, om et radiosignal kan nå nogle kilometer gennem et landskab. I SETI er spørgsmålet, om et signal kan skelnes fra støjen efter at have rejst gennem rummet i flere lysår.

Er vi alene?

Det ved vi ikke.

Vi har endnu ingen bekræftet teknosignatur fra en civilisation uden for Jorden.

Men vi har langt bedre instrumenter til at lede end tidligere. Radioteleskoper kan undersøge enorme mængder af radiospektret, computere kan analysere enorme datamængder, og opdagelsen af tusindvis af exoplaneter har givet os konkrete steder at rette instrumenterne mod.

Måske finder vi aldrig et kunstigt radiosignal.

Måske finder vi et en dag.

Eller måske har et signal allerede passeret Jorden på en frekvens, vi ikke lyttede til, mens ingen havde et radioteleskop rettet mod den rigtige del af himlen.

Vi lytter

Når et radioteleskop peger mod en fjern stjerne, leder vi i virkeligheden efter noget meget velkendt: et elektromagnetisk signal.

Den samme fysik, der gør det muligt for to radioer på Jorden at kommunikere, gælder også mellem stjernerne.

Forskellen er afstanden og den enorme tekniske udfordring ved at opdage noget, der måske kun viser sig som en næsten usynlig linje i et hav af kosmisk støj.

Bag antennerne, modtagerne og den avancerede signalbehandling ligger et spørgsmål, som mennesker har stillet længe før radioen blev opfundet:

Er der nogen derude?

For første gang i menneskets historie har vi teknologi, der i princippet gør det muligt at lytte efter et svar.

Kategori: Radioteknik

Metabeskrivelse: Hvordan leder SETI efter intelligent liv med radiosignaler? Læs om radioteleskoper, Wow!-signalet, pulsarer, Doppler-effekt og teknosignaturer.

Copyright © Kinaradio.dk